光纖激光器發(fā)展概況課件

光纖激光器發(fā)展概況光纖激光器己有40多年的歷史了。隨著量子電子學(xué)的發(fā)展，人們對激光有了越來越深刻的認(rèn)識(shí)。隨著低損耗光纖的發(fā)展和半導(dǎo)體激光器性能的提高，光纖激光器得到快速的發(fā)展。80年代后期，劍橋?qū)汒悂砉竞陀习财疹D大學(xué)的研究人員發(fā)展了包層泵浦光纖激光器，使得光纖激光器的功率和效率大大改善，這為光纖激光器的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。自此以后，光纖激光器迅速發(fā)展，激光性能不斷提高。光纖激光器發(fā)展概況光纖激光器己有40多年的歷史了。隨著量子電1未來光纖激光器發(fā)展的主要方向全方位拓寬光纖激光器的應(yīng)用領(lǐng)域；研制全光纖激光器，實(shí)現(xiàn)與光纖通信系統(tǒng)高效率地連接；進(jìn)一步提高光纖激光器的性能，如高功率、改善光束質(zhì)量；壓窄激光譜寬；擴(kuò)展新的激光波段，拓寬激光器的可調(diào)范圍；開發(fā)極高峰值的超短脈沖高亮度激光器；光纖激光器的實(shí)用化、智能化、小型化。而近幾年的研究熱點(diǎn)還是高功率光纖激光器、窄線寬可調(diào)光纖激光器及超短脈沖光纖激光器。未來光纖激光器發(fā)展的主要方向全方位拓寬光纖激光器的應(yīng)用領(lǐng)域；2光纖激光器的特點(diǎn)光束質(zhì)量好，具有非常好的單色性、方向性和穩(wěn)定性。光纖既是激光增益介質(zhì)又是光的導(dǎo)波介質(zhì)基質(zhì)材料是Si02，具有極好的溫度穩(wěn)定性;可實(shí)現(xiàn)激光振蕩的躍遷能級(jí)很多硅光纖的工藝現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟，大大降低激光器的成本易于進(jìn)行光纖集成，耦合損耗低。可在惡劣的環(huán)境條件下工作。光纖激光器的特點(diǎn)光束質(zhì)量好，具有非常好的單色性、方向性和穩(wěn)定3光纖激光器的應(yīng)用光纖激光器以其卓越的性能和低廉的價(jià)格，在光纖通信、光纖傳感、工業(yè)加工、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域取得了日益廣泛的應(yīng)用。光纖激光器的應(yīng)用光纖激光器以其卓越的性能和低廉的價(jià)格，在光纖4光纖激光器的基本理論光纖激光器按工作原理可分為四類:稀土類摻雜光纖激光器;光纖非線性效應(yīng)激光器；單晶光纖激光器;塑料光纖激光器。形成光纖激光的三個(gè)必須條件是:增益介質(zhì)、諧振腔和粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。光纖激光器的基本理論光纖激光器按工作原理可分為四類:稀土類摻5光纖激光器基本結(jié)構(gòu)光纖激光器是由泵浦源、增益介質(zhì)（即摻雜光纖）和諧振腔構(gòu)成的。下是一早期光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。一段摻雜稀土金屬離子的光纖放置于兩個(gè)反射率經(jīng)過選擇的腔鏡之間。光纖激光器基本結(jié)構(gòu)光纖激光器是由泵浦源、增益介質(zhì)（即摻雜光纖6腔鏡可選鍍介質(zhì)膜的玻璃片，也可用光纖光柵或光纖圈反射器。腔鏡的選用原則為，靠近泵浦端的腔鏡對泵浦波長具有高透低反特性，而對信號(hào)激光波長則要求具有高反特性。遠(yuǎn)離泵浦端的腔鏡一方面承擔(dān)對腔內(nèi)信號(hào)激光的反饋?zhàn)饔茫硪环矫媲粌?nèi)信號(hào)激光須從該腔鏡耦合輸出。因此，為了獲得最大的輸出功率，輸出耦合腔鏡對信號(hào)激光波長的反射率須根據(jù)腔內(nèi)增益和損耗視具體情況確定。光纖激光器是一個(gè)波導(dǎo)型的諧振裝置，光波的傳輸由光纖所擔(dān)負(fù)。泵浦光從光纖激光器的左邊腔鏡耦合進(jìn)入光纖，激勵(lì)光纖中的摻雜離子躍遷到高能態(tài)，離子無輻射躍遷到亞穩(wěn)態(tài)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，再受激輻射躍遷回基態(tài)產(chǎn)生光子，光子在諧振腔中振蕩放大后形成激光輸出。腔鏡可選鍍介質(zhì)膜的玻璃片，也可用光纖光柵7稀土元素特性及其能級(jí)結(jié)構(gòu)稀土元素光纖摻雜稀土離子就形成激光介質(zhì)，稀土元素的電離通常以形成三價(jià)狀態(tài)的形式發(fā)生，例如Nd3+,Yb3+,Er3+等，他們的熒光與吸收波長不易受外場的影響。這樣，我們即可人為地選擇適宜的泵浦波長，并在有實(shí)際意義的波長上產(chǎn)生激光，這是光纖激光器具有的得天獨(dú)厚的優(yōu)越性。稀土元素特性及其能級(jí)結(jié)構(gòu)稀土元素8對于摻稀土光纖，在其吸收帶對應(yīng)的波長上提供必要的泵浦，在其熒光對應(yīng)的波長上提供形成增益和振蕩的條件，它就可以產(chǎn)生激光。當(dāng)光通過稀土摻雜光纖介質(zhì)時(shí)其部分光子將被介質(zhì)吸收，這些光子能量促使介質(zhì)的電子躍遷到激發(fā)態(tài)，其后處于激發(fā)態(tài)的電子通過受激輻射回到基態(tài)，并將能量釋放。受激輻射是一種同頻率、同相位的輻射，可以形成相干性極好的激光。對于摻稀土光纖，在其吸收帶對應(yīng)的波長上9摻雜離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)光纖激光器中的增益介質(zhì)是稀土離子摻雜光纖。根據(jù)摻雜離子能級(jí)結(jié)構(gòu)的不同，光纖激光器主要可分為三能級(jí)系統(tǒng)和四能級(jí)系統(tǒng)，其工作原理分別如下圖。摻雜離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)光纖激光器中的增益介質(zhì)是稀土離子摻雜光纖。10三能級(jí)系統(tǒng)的工作原理是，泵浦源將粒子從基態(tài)E1泵浦到高能級(jí)E3，被泵浦到E3上的粒子通過無輻射躍遷迅速轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)的激光上能級(jí)E2。由于E2是一個(gè)壽命較長的能級(jí)，于是粒子在E2上積累，實(shí)現(xiàn)了E2與E1兩能級(jí)間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。示意圖如下。三能級(jí)系統(tǒng)的工作原理是，泵浦源將粒子從基態(tài)E1泵浦到高能級(jí)E11摻鉺（Er3+）光纖激光器為典型的三能級(jí)系統(tǒng)，其能級(jí)結(jié)構(gòu)如下圖所示。用波長為980nm半導(dǎo)體激光器進(jìn)行泵浦，將Er3+基態(tài)4I15/2激發(fā)到激發(fā)態(tài)4I11/2，然后由4I11/2能級(jí)無輻射躍遷到亞穩(wěn)態(tài)4I13/2，最后躍遷到4I15/2能級(jí)發(fā)出1550nm的光。Er3+離子能級(jí)結(jié)構(gòu)如下圖。摻鉺（Er3+）光纖激光器為典型的三能級(jí)系統(tǒng)，其能級(jí)結(jié)構(gòu)如下12四能級(jí)系統(tǒng)的工作原理如下，泵浦源將粒子從基態(tài)能級(jí)E0泵浦到高能級(jí)E3，被泵浦到E3上的粒子通過無輻射躍遷迅速轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)的激光上能級(jí)E2。由于E2是一個(gè)壽命較長的能級(jí)，于是粒子在E2上積累，實(shí)現(xiàn)了E2與激光下能級(jí)E1間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。四能級(jí)系統(tǒng)的工作原理如下，泵浦源將粒子從基態(tài)能級(jí)E0泵浦到高13摻銣光纖激光器為四能級(jí)系統(tǒng)，其能級(jí)圖如下所示。激光器由800nm砷化嫁(GaAs)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行泵浦，實(shí)現(xiàn)4I9/24F5/2躍遷，當(dāng)粒子從4F5/2激發(fā)態(tài)躍遷到4I9/2,4I11/2,4I13/2三個(gè)低能態(tài)時(shí)，就分別發(fā)射出波長位于900nm,1060nm,1320nm波段的激光。其中，由于4G7/2

4F32的激發(fā)態(tài)吸收作用，波長為1320nm的激光被削弱。摻銣光纖激光器為四能級(jí)系統(tǒng)，其能級(jí)圖如下所示。激光器由80014四能級(jí)系統(tǒng)與三能級(jí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的途徑基本相同。不同之處是：四能級(jí)系統(tǒng)中，激光下能級(jí)E1不是基態(tài)，激光下能級(jí)和基態(tài)能級(jí)之間仍然存在著一個(gè)躍遷，通常為無輻射躍遷。在熱平衡狀態(tài)下下能級(jí)E1上的粒子數(shù)很少，容易實(shí)現(xiàn)E2與E1能級(jí)之間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。而三能級(jí)系統(tǒng)中，下能級(jí)E1是基態(tài)，或是極靠近基態(tài)的能級(jí)。通常情況下，粒子幾乎全部處于基態(tài)。必須將一半以上的粒子激發(fā)到高能級(jí)時(shí)才能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，這就需要較高的泵浦功率。所以，三能級(jí)系統(tǒng)的閾值泵浦功率遠(yuǎn)高于四能級(jí)系統(tǒng)。四能級(jí)系統(tǒng)與三能級(jí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的途徑基本相同。不同之處15除能級(jí)數(shù)目外，另外一個(gè)對閥值有影響的重要因素是光纖介質(zhì)的長度。在一個(gè)端面泵浦光纖激光器中，所能得到的泵浦光子數(shù)和粒子反轉(zhuǎn)數(shù)將在泵浦端達(dá)到最大值。如果光纖太短，則對泵浦光的吸收不充分。但這并不意味著光纖越長越好，因?yàn)楣饫w太長，在輸出端介質(zhì)對激光光子吸收將使輸出功率下降。除能級(jí)數(shù)目外，另外一個(gè)對閥值有影響的重要因素是光纖介質(zhì)的長度16光纖激光器諧振腔結(jié)構(gòu)諧振腔是光纖激光器的重要組成部分，對輻射光進(jìn)行反饋和選頻，形成諧振，輸出激光。諧振腔有多種結(jié)構(gòu)，其中常見的是Fabry-Perot腔和環(huán)形腔。光纖激光器諧振腔結(jié)構(gòu)諧振腔是光纖激光器的重要組成部分，對輻射17如下圖所示，F(xiàn)abry-Perot諧振腔是由平行放置的介質(zhì)鏡組成的，其中一個(gè)是全反，另一個(gè)是部分反射，兩個(gè)介質(zhì)鏡可放置在光纖的兩端，也可直接鍍在光纖的端面上。Fabry-Perot諧振腔如下圖如下圖所示，F(xiàn)abry-Perot諧振腔是由平行放置的介質(zhì)鏡18然而高功率密度的泵浦光透過端面腔鏡，會(huì)對腔鏡的絕緣鍍層損壞，降低了激光器的性能。為了避免泵浦光對腔鏡的損壞，可以采取以下方法：1）用波分復(fù)用耦合器直接將泵浦光耦合進(jìn)光腔內(nèi)；2）用光纖Bragg光柵(FBG)代替腔鏡，將FBG直接刻在腔內(nèi)的光纖上或?qū)⒖毯玫腇BG熔結(jié)在腔內(nèi)光纖上。光纖光柵線形腔結(jié)構(gòu)圖如下。然而高功率密度的泵浦光透過端面腔鏡，會(huì)對腔鏡的絕緣鍍層損壞，193）用光纖環(huán)形鏡取代高反射腔鏡，下圖所示，環(huán)形鏡對激光和泵浦光起到不同的作用，可反射激光而透射泵浦光。其的核心部分是光纖定向耦合器，這里主要應(yīng)用它的相干分束特性。禍合器的兩個(gè)臂(圖中的3,4點(diǎn))連接在一起，構(gòu)成了光在其中傳播的循環(huán)行程。3）用光纖環(huán)形鏡取代高反射腔鏡，下圖所示，環(huán)形鏡對激光和泵浦20光纖環(huán)形諧振腔環(huán)形腔也是激光器中經(jīng)常用到的一種諧振腔，該結(jié)構(gòu)不需要介質(zhì)鏡。而且即使沒有反射鏡，只用環(huán)形腔也可以構(gòu)成簡單的環(huán)形腔激光器：WDM耦合器的兩端連接在一起形成了環(huán)形腔，環(huán)內(nèi)串接著摻雜光纖；環(huán)內(nèi)插入了隔離器(ISO)以保證激光的單向運(yùn)轉(zhuǎn)。如果摻雜光纖為非保偏的普通光纖，還需要使用偏振控制器(PC）。無反射鏡環(huán)形腔結(jié)構(gòu)圖如下光纖環(huán)形諧振腔環(huán)形腔也是激光器中經(jīng)常用到的一種諧振腔，該結(jié)構(gòu)21另外環(huán)行腔也可和耦合器，布拉格光柵(FBG)構(gòu)成激光器，如下圖所示。這是一種很重要的結(jié)構(gòu)，光柵對激光進(jìn)行反射和選頻，當(dāng)光柵的布拉格周期發(fā)生改變時(shí)，反射波長可以改變，即輸出波長發(fā)生改變，利用這一點(diǎn)我們可以進(jìn)行傳感。FBG環(huán)形腔結(jié)構(gòu)如下另外環(huán)行腔也可和耦合器，布拉格光柵(FBG)構(gòu)成激光器，如下22光纖激光器輸出特性理論閾值泵浦功率和斜率效率是說明光纖激光器輸出工作特性的兩個(gè)最重要的參數(shù)。閾值泵浦功率是激光器達(dá)到闡值所必須吸收的泵浦功率；斜率效率是激光器達(dá)到閾值以后將泵浦功率轉(zhuǎn)化為激光功率的轉(zhuǎn)化效率。以簡單的光纖F-P腔光纖激光器為例。當(dāng)光波在諧振腔內(nèi)往返一周所獲得的增益等于腔內(nèi)的總損耗時(shí)，激光器就達(dá)到了閾值。光纖激光器輸出特性理論閾值泵浦功率和斜率效率是說明光纖激光器23光纖激光器發(fā)展概況光纖激光器己有40多年的歷史了。隨著量子電子學(xué)的發(fā)展，人們對激光有了越來越深刻的認(rèn)識(shí)。隨著低損耗光纖的發(fā)展和半導(dǎo)體激光器性能的提高，光纖激光器得到快速的發(fā)展。80年代后期，劍橋?qū)汒悂砉竞陀习财疹D大學(xué)的研究人員發(fā)展了包層泵浦光纖激光器，使得光纖激光器的功率和效率大大改善，這為光纖激光器的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。自此以后，光纖激光器迅速發(fā)展，激光性能不斷提高。光纖激光器發(fā)展概況光纖激光器己有40多年的歷史了。隨著量子電24未來光纖激光器發(fā)展的主要方向全方位拓寬光纖激光器的應(yīng)用領(lǐng)域；研制全光纖激光器，實(shí)現(xiàn)與光纖通信系統(tǒng)高效率地連接；進(jìn)一步提高光纖激光器的性能，如高功率、改善光束質(zhì)量；壓窄激光譜寬；擴(kuò)展新的激光波段，拓寬激光器的可調(diào)范圍；開發(fā)極高峰值的超短脈沖高亮度激光器；光纖激光器的實(shí)用化、智能化、小型化。而近幾年的研究熱點(diǎn)還是高功率光纖激光器、窄線寬可調(diào)光纖激光器及超短脈沖光纖激光器。未來光纖激光器發(fā)展的主要方向全方位拓寬光纖激光器的應(yīng)用領(lǐng)域；25光纖激光器的特點(diǎn)光束質(zhì)量好，具有非常好的單色性、方向性和穩(wěn)定性。光纖既是激光增益介質(zhì)又是光的導(dǎo)波介質(zhì)基質(zhì)材料是Si02，具有極好的溫度穩(wěn)定性;可實(shí)現(xiàn)激光振蕩的躍遷能級(jí)很多硅光纖的工藝現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟，大大降低激光器的成本易于進(jìn)行光纖集成，耦合損耗低?？稍趷毫拥沫h(huán)境條件下工作。光纖激光器的特點(diǎn)光束質(zhì)量好，具有非常好的單色性、方向性和穩(wěn)定26光纖激光器的應(yīng)用光纖激光器以其卓越的性能和低廉的價(jià)格，在光纖通信、光纖傳感、工業(yè)加工、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域取得了日益廣泛的應(yīng)用。光纖激光器的應(yīng)用光纖激光器以其卓越的性能和低廉的價(jià)格，在光纖27光纖激光器的基本理論光纖激光器按工作原理可分為四類:稀土類摻雜光纖激光器;光纖非線性效應(yīng)激光器；單晶光纖激光器;塑料光纖激光器。形成光纖激光的三個(gè)必須條件是:增益介質(zhì)、諧振腔和粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。光纖激光器的基本理論光纖激光器按工作原理可分為四類:稀土類摻28光纖激光器基本結(jié)構(gòu)光纖激光器是由泵浦源、增益介質(zhì)（即摻雜光纖）和諧振腔構(gòu)成的。下是一早期光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。一段摻雜稀土金屬離子的光纖放置于兩個(gè)反射率經(jīng)過選擇的腔鏡之間。光纖激光器基本結(jié)構(gòu)光纖激光器是由泵浦源、增益介質(zhì)（即摻雜光纖29腔鏡可選鍍介質(zhì)膜的玻璃片，也可用光纖光柵或光纖圈反射器。腔鏡的選用原則為，靠近泵浦端的腔鏡對泵浦波長具有高透低反特性，而對信號(hào)激光波長則要求具有高反特性。遠(yuǎn)離泵浦端的腔鏡一方面承擔(dān)對腔內(nèi)信號(hào)激光的反饋?zhàn)饔茫硪环矫媲粌?nèi)信號(hào)激光須從該腔鏡耦合輸出。因此，為了獲得最大的輸出功率，輸出耦合腔鏡對信號(hào)激光波長的反射率須根據(jù)腔內(nèi)增益和損耗視具體情況確定。光纖激光器是一個(gè)波導(dǎo)型的諧振裝置，光波的傳輸由光纖所擔(dān)負(fù)。泵浦光從光纖激光器的左邊腔鏡耦合進(jìn)入光纖，激勵(lì)光纖中的摻雜離子躍遷到高能態(tài)，離子無輻射躍遷到亞穩(wěn)態(tài)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，再受激輻射躍遷回基態(tài)產(chǎn)生光子，光子在諧振腔中振蕩放大后形成激光輸出。腔鏡可選鍍介質(zhì)膜的玻璃片，也可用光纖光柵30稀土元素特性及其能級(jí)結(jié)構(gòu)稀土元素光纖摻雜稀土離子就形成激光介質(zhì)，稀土元素的電離通常以形成三價(jià)狀態(tài)的形式發(fā)生，例如Nd3+,Yb3+,Er3+等，他們的熒光與吸收波長不易受外場的影響。這樣，我們即可人為地選擇適宜的泵浦波長，并在有實(shí)際意義的波長上產(chǎn)生激光，這是光纖激光器具有的得天獨(dú)厚的優(yōu)越性。稀土元素特性及其能級(jí)結(jié)構(gòu)稀土元素31對于摻稀土光纖，在其吸收帶對應(yīng)的波長上提供必要的泵浦，在其熒光對應(yīng)的波長上提供形成增益和振蕩的條件，它就可以產(chǎn)生激光。當(dāng)光通過稀土摻雜光纖介質(zhì)時(shí)其部分光子將被介質(zhì)吸收，這些光子能量促使介質(zhì)的電子躍遷到激發(fā)態(tài)，其后處于激發(fā)態(tài)的電子通過受激輻射回到基態(tài)，并將能量釋放。受激輻射是一種同頻率、同相位的輻射，可以形成相干性極好的激光。對于摻稀土光纖，在其吸收帶對應(yīng)的波長上32摻雜離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)光纖激光器中的增益介質(zhì)是稀土離子摻雜光纖。根據(jù)摻雜離子能級(jí)結(jié)構(gòu)的不同，光纖激光器主要可分為三能級(jí)系統(tǒng)和四能級(jí)系統(tǒng)，其工作原理分別如下圖。摻雜離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)光纖激光器中的增益介質(zhì)是稀土離子摻雜光纖。33三能級(jí)系統(tǒng)的工作原理是，泵浦源將粒子從基態(tài)E1泵浦到高能級(jí)E3，被泵浦到E3上的粒子通過無輻射躍遷迅速轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)的激光上能級(jí)E2。由于E2是一個(gè)壽命較長的能級(jí)，于是粒子在E2上積累，實(shí)現(xiàn)了E2與E1兩能級(jí)間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。示意圖如下。三能級(jí)系統(tǒng)的工作原理是，泵浦源將粒子從基態(tài)E1泵浦到高能級(jí)E34摻鉺（Er3+）光纖激光器為典型的三能級(jí)系統(tǒng)，其能級(jí)結(jié)構(gòu)如下圖所示。用波長為980nm半導(dǎo)體激光器進(jìn)行泵浦，將Er3+基態(tài)4I15/2激發(fā)到激發(fā)態(tài)4I11/2，然后由4I11/2能級(jí)無輻射躍遷到亞穩(wěn)態(tài)4I13/2，最后躍遷到4I15/2能級(jí)發(fā)出1550nm的光。Er3+離子能級(jí)結(jié)構(gòu)如下圖。摻鉺（Er3+）光纖激光器為典型的三能級(jí)系統(tǒng)，其能級(jí)結(jié)構(gòu)如下35四能級(jí)系統(tǒng)的工作原理如下，泵浦源將粒子從基態(tài)能級(jí)E0泵浦到高能級(jí)E3，被泵浦到E3上的粒子通過無輻射躍遷迅速轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)的激光上能級(jí)E2。由于E2是一個(gè)壽命較長的能級(jí)，于是粒子在E2上積累，實(shí)現(xiàn)了E2與激光下能級(jí)E1間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。四能級(jí)系統(tǒng)的工作原理如下，泵浦源將粒子從基態(tài)能級(jí)E0泵浦到高36摻銣光纖激光器為四能級(jí)系統(tǒng)，其能級(jí)圖如下所示。激光器由800nm砷化嫁(GaAs)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行泵浦，實(shí)現(xiàn)4I9/24F5/2躍遷，當(dāng)粒子從4F5/2激發(fā)態(tài)躍遷到4I9/2,4I11/2,4I13/2三個(gè)低能態(tài)時(shí)，就分別發(fā)射出波長位于900nm,1060nm,1320nm波段的激光。其中，由于4G7/2

4F32的激發(fā)態(tài)吸收作用，波長為1320nm的激光被削弱。摻銣光纖激光器為四能級(jí)系統(tǒng)，其能級(jí)圖如下所示。激光器由80037四能級(jí)系統(tǒng)與三能級(jí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的途徑基本相同。不同之處是：四能級(jí)系統(tǒng)中，激光下能級(jí)E1不是基態(tài)，激光下能級(jí)和基態(tài)能級(jí)之間仍然存在著一個(gè)躍遷，通常為無輻射躍遷。在熱平衡狀態(tài)下下能級(jí)E1上的粒子數(shù)很少，容易實(shí)現(xiàn)E2與E1能級(jí)之間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。而三能級(jí)系統(tǒng)中，下能級(jí)E1是基態(tài)，或是極靠近基態(tài)的能級(jí)。通常情況下，粒子幾乎全部處于基態(tài)。必須將一半以上的粒子激發(fā)到高能級(jí)時(shí)才能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，這就需要較高的泵浦功率。所以，三能級(jí)系統(tǒng)的閾值泵浦功率遠(yuǎn)高于四能級(jí)系統(tǒng)。四能級(jí)系統(tǒng)與三能級(jí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的途徑基本相同。不同之處38除能級(jí)數(shù)目外，另外一個(gè)對閥值有影響的重要因素是光纖介質(zhì)的長度。在一個(gè)端面泵浦光纖激光器中，所能得到的泵浦光子數(shù)和粒子反轉(zhuǎn)數(shù)將在泵浦端達(dá)到最大值。如果光纖太短，則對泵浦光的吸收不充分。但這并不意味著光纖越長越好，因?yàn)楣饫w太長，在輸出端介質(zhì)對激光光子吸收將使輸出功率下降。除能級(jí)數(shù)目外，另外一個(gè)對閥值有影響的重要因素是光纖介質(zhì)的長度39光纖激光器諧振腔結(jié)構(gòu)諧振腔是光纖激光器的重要組成部分，對輻射光進(jìn)行反饋和選頻，形成諧振，輸出激光。諧振腔有多種結(jié)構(gòu)，其中常見的是Fabry-Perot腔和環(huán)形腔。光纖激光器諧振腔結(jié)構(gòu)諧振腔是光纖激光器的重要組成部分，對輻射40如下圖所示，F(xiàn)abry-Perot諧振腔是由平行放置的介質(zhì)鏡組成的，其中一個(gè)是全反，另一個(gè)是部分反射，兩個(gè)介質(zhì)鏡可放置在光纖的兩端，也可直接鍍在光纖的端面上。Fabry-Perot諧振腔如下圖如下圖所示，F(xiàn)abry-Perot諧振腔是由平行放置的介質(zhì)鏡41然而高功率密度的泵浦光透過端面腔鏡，會(huì)對腔鏡的絕緣鍍層損壞，降低了激光器的性能。為了避免泵浦光對腔鏡的損壞，可